预测

估计测试组件的剩余使用寿命

说明

预测函数估计测试组件的剩余使用寿命(RUL),给出一个估计模型和有关其使用时间和退化情况的信息。在预测RUL之前,您必须首先使用历史数据配置您的估计模型,这些数据与类似组件(如按照相同规格制造的多台机器)的运行状况有关。为此,请使用适合功能。

运用预测,您可以估计以下类型估计模型的剩余使用寿命:

  • 退化模型

  • 生存模式

  • 相似模型

为了说明RUL预测一个基本的例子,请参见数据到达时更新RUL预测

有关使用这些模型预测剩余使用寿命的一般信息,请参阅基于RUL估计模型的RUL估计

estRUL=预测值(MDL数据估计剩余使用寿命,使用相似的模型组件MDL且降解特性曲线中数据数据包含在组件的生命周期内直至当前生命周期内的特征测量。

estRUL=预测值(MDL数据界限使用相似模型和中指定的特征边界估计组件的剩余使用寿命界限

estRUL=预测值(MDL门槛估计RUL使用退化模型组件MDL以及存储在MDL。该RUL是剩余的时间的模型的预测的响应达到阈值之前门槛

estRUL=预测值(MDLusageTime用可靠性生存模型估计元件的RULMDL和当前使用时间的组件。

estRUL=预测值(MDL协变量估计组件的使用协生存模型RULMDL和用于该组件的电流的协变量值。

estRUL=预测值(___名称,值使用一个或多个名称-值对参数指定其他选项。

[estRULciRUL] = predictRUL(___返回与RUL估计相关联的置信区间。

[estRULciRULpdfRUL] = predictRUL(___返回RUL估计的概率密度函数。

[estRULciRULpdfRUL历史] = predictRUL(___返回使用相似度模型估计RUL当组分相似性得分的直方图。

实例

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负荷训练数据。

加载('pairwiseTrainVectors.mat'

训练数据是列向量的单元阵列。每个列向量为成分的降解的特征轮廓。

使用默认设置创建成对相似性模型。

MDL = pairwiseSimilarityModel;

使用培训训练数据的相似性模型。

配合(MDL,pairwiseTrainVectors)

负载观测数据。

加载('linTestData.mat''linTestData1'

在这个例子中,假设训练数据是不是历史数据,但零件条件的,而实时观测。

基于对退化特征限制的了解,定义一个阈值条件指示值,该值指示组件的寿命结束。

阈值= 60;

创建线性退化模型任意先验分布数据和指定的噪声方差。另外,指定观测数据的生存期和数据变量名。

mdl=线性梯度模型(“西塔”,1,“前卫”,1E6,'噪音消除',0.003,...'生命时间变量'“时间”'DataVariables'“健康)状况”...'生命时间单位'“小时”);

观察部件状况50个小时,更新每个观测后的劣化模型。

对于I = 1:50的更新(MDL,linTestData1(I,:));结束

之后50个小时,预测使用存储在模型中的当前生命时间值的部件的RUL。

estRUL = predictRUL(MDL,阈值)
发情=持续时间50.301小时

估计RUL大约是60个小时,这表明总预测寿命110小时。

负荷训练数据。

加载('扩展训练表.mat'

训练数据是表的单元阵列。每个表是一个组件退化的特征轮廓。每个配置文件包含的续航时间测量“小时”在变量和相应的降解特征测量“健康)状况”变量。

创建一个指数退化模型,并指定续航时间变量单位。

MDL = exponentialDegradationModel('生命时间单位'“小时”);

使用培训训练数据的退化模型。指定的续航时间和数据变量名。

配合(MDL,expTrainTables,“时间”“健康)状况”

负载测试数据,它是测试组件的运行到故障降级配置文件。测试数据是一个具有与训练数据相同的生存时间和数据变量的表。

加载('expTestData.mat'

基于对退化特征限制的了解,定义一个阈值条件指示值,该值指示组件的寿命结束。

阈值=500;

假设您在150小时内每小时测量一次组件状态指示器。根据每次测量更新训练的退化模型。然后,预测组件在150小时内的剩余使用寿命。RUL是降级功能将通过指定阈值的预测时间。

对于t=1:150更新(mdl,expTestData(t,:))结束estRUL = predictRUL(MDL,阈值)
发情=持续时间136.63小时

估计RUL在附近137小时,这表明总预测寿命287个小时。

负荷训练数据。

加载('协变量数据'

此数据包含电池放电时间和相关协变量信息。协变量为:

  • 温度

  • 加载

  • 制造商

制造商的信息是必须编码的分类变量。

建立协变量生存模型,利用训练数据对其进行训练。

MDL = covariateSurvivalModel('生命时间变量'“卸货时间”'生命时间单位'“小时”...'DataVariables'[“温度”“加载”“制造商”],'EncodedVariables'“制造商”);拟合(mdl,协变量数据)
成功收敛:梯度范数小于选项.TolFun

假设你有由制造商生产的电池组已经运行三十小时。创建一个包含使用时间测试数据表,放电时间和所测量的环境温度,TestAmbientTemperature和电流消耗,TestBatteryLoad

TestBatteryLoad = 25;TestAmbientTemperature = 60;DischargeTime =小时(30);TESTDATA =时间表(TestBatteryLoad,TestAmbientTemperature,“B”'划船时间',小时(30));TestData.Properties.VariableNames = {'温度''加载'“制造商”}; TestData.Properties.DimensionNames测试数据属性维度名称{1}='卸货时间';

预测电池的RUL。

estRUL = predictRUL(MDL,TESTDATA)
发情=持续时间38.657小时

绘制电池协变量数据的生存函数。

绘图(mdl,测试数据)

负荷训练数据。

加载('reliabilityData.mat'

此数据是持续时间对象表示电池的放电时间。

创建一个可靠的生存模式,指定续航时间变量,续航时间单位。

mdl=可靠性生存模型('生命时间变量'“卸货时间”'生命时间单位'“小时”);

使用培训训练数据中的生存模式。

配合(MDL,reliabilityData)

预测一个新的组件的寿命,并且获得用于估计的概率分布函数。

[estRUL,ciRUL,pdfRUL] = predictRUL(MDL);

绘制概率分布图。

巴(pdfRUL.RUL,pdfRUL.ProbabilityDensity)xlabel('剩余使用寿命(小时)')XLIM(小时([40 90]))

通过提供仓的用于预测的数目和块大小改善的分布图。

[estRUL,ciRUL,pdfRUL] = predictRUL(MDL,'BinSize',0.5%,'麻木',500);巴(pdfRUL.RUL公司,概率密度)xlabel公司('剩余使用寿命(小时)')XLIM(小时([40 90]))

预测运行50小时的部件的RUL。

[estRUL,ciRUL,pdfRUL] = predictRUL(MDL,小时(50),'BinSize',0.5%,'麻木',500);巴(pdfRUL.RUL公司,概率密度)xlabel公司('剩余使用寿命(小时)')XLIM(小时([0 40]))

输入参数

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剩余使用寿命预测模型,指定为以下的车型之一。

有关不同模型类型和何时使用它们的详细信息,请参见模型预测剩余使用寿命

使用相似性模型估计RUL降解特征轮廓,在一个组件到其当前的寿命,指定为下列之一的寿命测量:

  • ñ+1)-by-中号数字阵列,其中ñ是功能和中号为特征测量的数量。在每一行中,第一列包含的使用时间和剩余的列包含相应的降解特征的测量。该特征的顺序必须在指定的顺序匹配数据变量财产MDL

  • 要么时间表宾语。该表必须包含名称中匹配字符串变量数据变量lifetime变量属性MDL

数据适用于当MDL是一个hashSimilarityModel成对相似模型, 要么residualSimilarityModel,对象。

降解特征的边界,这表明一个部件的有效寿命跨度,指定为ñ-by-2数组,其中ñ是降级功能的数目。对于一世个特征,边界(I,1)是功能和边界(I,2)是上界。该特征的顺序必须在指定的顺序匹配数据变量财产MDL

选择界限根据你的降解功能的允许范围的知识。

界限适用于当MDL是一个hashSimilarityModel成对相似模型, 要么residualSimilarityModel宾语。

降解模型的数据变量的阈值限制,指定为标量值。剩余使用寿命是前模型的预测响应达到阈值的剩余时间。

的符号西塔财产MDL表示退化生长的方向。如果西塔是:

  • 正数,则门槛是降级功能的上限

  • 不,那么门槛是降级功能的下限

选择门槛根据你的降解功能的允许范围的知识。

门槛适用于当MDL是一个线性梯度模型要么exponentialDesgradationModel宾语。

组件的当前使用时间,指定为标量值或持续时间宾语。的单位usageTime必须与寿命单位财产MDL

当前协变量的值和使用时间的部件,指定为:

  • 第一列包含使用时间的行向量。其余的列只指定组件协变量值,而不指定生命周期值。协变量值的数量必须与估计时使用的协变量数据列的数量和顺序匹配MDL运用适合

  • 要么时间表只有一排。表必须包含lifetime变量数据变量CensorVariable属性MDL

如果协变量数据包含编码变量,则必须指定协变量用一个要么时间表

名称 - 值对参数

指定可选的用逗号分隔的对名称,值论据。姓名是参数的名称和是对应的值。姓名必须出现引号内。您可以按照任何顺序指定多个名称和值对参数名称1,值1,…,名称n,值n

例子:α,0.2设定预测的置信区间的0.2 / 21-0.2 / 2百分区域。

信誉度的计算ciRUL,指定为逗号分隔的一对组成的'Α'和范围内的标量值0-1。预测计算置信区间为阿尔法/ 21-阿尔法/ 2百分区域。

用于评估的箱子数量pdfRUL,指定为逗号分隔的一对组成的'麻木'和一个正整数。这种说法适用于当MDL是一种退化模型或生存模型。

用于确定计算寿命的箱子尺寸pdfRUL,指定为逗号分隔的一对组成的'BinSize'和一个正标量或持续时间反对。此论点适用于MDL是劣化模型或可靠性存活模型。

用于产生协变量存活模型的概率密度函数,指定为逗号分隔的一对组成的生存函数的转换方法'方法'和以下情况之一:

  • '经验'- 生成pdfRUL通过找到经验累积分布函数的梯度。累积分布函数1-小号Ť,其中小号Ť)是生存函数。

  • “威布尔”- 生成pdfRUL通过拟合Weibull分布的生存功能。

有关生存函数的详细信息,请参阅协变量生存模型

输出参数

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估计剩余部件的使用寿命,返回一个标量。返回的值是在生命时间变量的单位由所指示的寿命单位财产MDL

相关的置信区间estRUL时,返回作为两元件行向量。使用指定的置信区间百分阿尔法

RUL概率密度函数,返回为时间表如果生活时间变量MDL是基于时间的,或者作为除此以外。

使用寿命预测计算概率密度函数时,取决于您指定的RUL模型的类型。如果MDL是:

  • 退化模型,那么寿命[usageTimeusageTime+BinSize*麻木素].

  • 可靠性生存模式,那么寿命[ŤŤ+BinSize*麻木素],其中Ť在使用时间在指定usageTime

  • 协变量的生存模式,那么寿命linspace(T1,T2,麻木素,其中[T1,T2]是部件的使用寿命范围内由所确定的BaslineCumulativeHazard财产MDL

  • 相似模型,则寿命取决于搜索算法所找到的最近邻的寿命。例如,如果NumNearestNeighbors财产MDL10最近的10个邻居的寿命在10个月到3年之间,然后在此范围内找到失效时间的柱状图。预测然后用核平滑方法将概率密度函数拟合到原始直方图数据中。

未处理的类似分数直方图绘制,返回为时间表如果生活时间变量MDL是基于时间的,或者作为除此以外。历史具有以下变量:

  • 'RUL'- 历史组件的剩余使用寿命值用于拟合的参数MDL

  • 'NormalizedDistanceScore'- 通过测试部件比较历史分量而获得的相似性得分用于拟合的参数MDL

数据中的直方图历史pdfRUL。要绘制直方图,在MATLAB®命令行键入:

酒吧(历史规则,历史标准化距离分数)

历史返回时,MDL是一个hashSimilarityModel成对相似模型, 要么residualSimilarityModel宾语。

兼容性注意事项

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不推荐在R2018b开始

介绍了在R2018a